Лаборатория № 26.2 "Прогноза удароопасности рудных месторождений"
Научные направления подразделения
- Исследования геомеханического состояния массива рудных месторождений, отрабатываемых подземным способом.
- Геомеханическое обоснование параметров технологий разработки месторождений твердых полезных ископаемых на больших глубинах для обеспечения безопасности и эффективности горных работ.
- Многофакторный анализ и прогноз уровня геодинамической опасности с учетом параметров напряженно-деформированного состояния, естественной и техногенной сейсмичности, горных работ и геологических особенностей массива горных пород.
- Совершенствование и развитие методологии численного моделирования напряженно-деформированного состояния массива горных пород с учетом природных и техногенных факторов.
- Развитие принципов геомеханического сопровождения горных работ при разработке рудных месторождений в удароопасных условиях.
Лаборатория Прогноза удароопасности рудных месторождений Отдела Геомеханики проводит фундаментальные и прикладные исследования геомеханического состояния массива горных пород с использование комплекса натурных и численных методов. Основной целью исследований является получение новых данных о параметрах поля напряжений нетронутого и техногенно нарушенного массива в процессе отработки запасов рудных месторождений и разработке на этой основе оптимальных вариантов ведения горных работ, а также мероприятий по снижению геомеханических и геодинамических рисков. Коллектив лаборатории имеет многолетний опыт сопровождения горных работ в удароопасных условиях; разработки регламентов на выемку запасов месторождений с учетом геомеханических, геологических и горнотехнических факторов; разработки инструктивных документов по ведению горных работ в сложных геомеханических условиях.
В лаборатории разработан программный комплекс Sigma GT (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2022668233), который внедрен и используется на ряде горных предприятий для оценки фактического поля напряжений и категорий состояния выработок, а также для текущего и перспективного прогноза геомеханической ситуации.
Основные научные достижения
Создан комплекс разномасштабных геомеханических моделей Хибинского массива, позволяющих имитировать стадийность отработки восьми сближенных месторождений апатит-нефелиновых руд, являющихся уникальным мировым источником фосфатного сырья. Полученные результаты являются основой перспективного планирования по безопасной выемке всех разведанных запасов с применением различных вариантов современных технологий в удароопасных условиях при учете кольцевой структуры массива, направления тектонических напряжений, основных разломов, рельефа дневной поверхности, параметров рудных тел
На основе комплекса геологических, геомеханических и технологических моделей исследовано влияние масштабов и параметров открыто-подземной геотехнологии на состояние Хибинской горнотехнической системы. Выявлены закономерности перераспределения напряжений в окрестности очистных пространств на больших глубинах в условиях высокого тектонического сжатия, гористого рельефа и взаимного влияния открытых и подземных горных работ, позволившие сформулировать основные принципы безопасной отработки месторождений в подобных геомеханических условиях. На примере Кировского рудника АО «Апатит» показано, что при отработке более 300 млн. тонн запасов руды и понижении границ горных работ до отметки 1000 м от дневной поверхности увеличивается вероятность риска возникновения сильных динамических проявлений горного давления, особенно при создании блоков-целиков и отработке месторождений встречными фронтами
На примере техногенного землетрясения на Расвумчоррском руднике 09.01.2018 г. обоснован механизм мощных сейсмических событий, реализующихся в виде взброса по имеющимся структурным нарушениям в подстилающих породах лежачего бока за счет частичного снятия вертикальной нагрузки, роста величин касательных напряжений (max) вплоть до критических и совпадения площадок действия max (сдвигового напряжения) с геодинамически активной разломной структурой. Триггером мощного динамического явления был массовый взрыв 08.01.2018 на фоне достижения самим массивом горных пород предельно неустойчивого состояния. События с подобным механизмом вызывают наиболее мощный сейсмический отклик массива и могут привести к серьезным разрушениям подземных и наземных объектов
На основе ретроспективного анализа данных о проявлении геодинамических явлений на удароопасных месторождениях Хибинского массива выявлен комплекс факторов, влияющих на изменение сейсмического режима и локализацию опасных зон в сложных горно-технических системах. Разработана структурная схема и проведено ранжирование факторов с учетом времени воздействия на массив горных пород
Обоснован механизм динамического разрушения массива и критические параметры целиков для Центрального рудного тела Ждановского месторождения с учетом геомеханических и геологических особенностей. Установлена глубина отнесения месторождения к склонным и опасным по горным ударам на основе данных натурных исследований поля напряжений, проявлений горного давления в выработках и анализа геодинамического события 13.10.2022 на руднике «Северный» АО «Кольская ГМК»
Практическая реализация научных разработок
Разработаны Регламенты
- на отработку запасов горизонта +10м Кировского рудника (включая запасы под Саамским карьером и прибортовые запасы гор.+170м)» (АО «Апатит»);
- опытно-промышленной отработки запасов нижнего яруса месторождения Олений Ручей в отметках + 180 – 0 м между разрезами 12 – 17
- обоснование возможности отработки подземных запасов месторождения «Олений ручей» в охранном целике в отметках +180 ÷ -100м
и другие
Внедрен и совершенствуется ПК Sigma GT с комплексами разномасштабных моделей месторождений, отрабатываемых Кировским и Расвумчоррским рудниками КФ АО «Апатит», рудником «Олений ручей» АО «СЗФК», рудником «Северный» АО «Кольская ГМК»
Ведется исследование полей напряжений и геомеханическое сопровождение горных работ на руднике «Северный» АО «Кольская ГМК» с использованием комплекса натурных и численных методов